電梯及其機(jī)械原理

1、電梯及其機(jī)械原理【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的高層樓房拔地而起，電梯這種便捷快速的代步工具應(yīng)運(yùn)而生。電梯，是指動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，利用剛性導(dǎo)軌運(yùn)行的箱體或者沿固定線路運(yùn)行的梯級(jí)（踏步），進(jìn)行升降或者平行運(yùn)送人、貨物的機(jī)電設(shè)備，包括人（貨）電梯、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行道。本文主要對(duì)直升類電梯的機(jī)械結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行簡(jiǎn)析，并簡(jiǎn)單【關(guān)鍵字】電梯 機(jī)械原理【正文】1.電梯概述電梯是指用電力作為拖動(dòng)動(dòng)力，具有乘客或載貨轎廂，并運(yùn)行于垂直或垂直方向傾斜角度不大于15度的兩側(cè)剛性導(dǎo)軌之間，運(yùn)送乘客和貨物的固定設(shè)備。（如圖1-1）圖1-1電梯有多種分類方式，如：按其運(yùn)行速度的不同，可分為低速梯、中速梯

2、、高速梯以及超高速梯；按其用途不同，又可分為乘客電梯、載貨電梯、觀光電梯等。電梯是機(jī)、電合一的大型復(fù)雜產(chǎn)品，它具有四大空間：機(jī)房部分、井道及底坑部分、轎廂部分、層站部分；八大系統(tǒng)：曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)；以及兩種主要的傳動(dòng)方式：鼓輪式傳動(dòng)（如圖1-2）、曳引式傳動(dòng)（如圖1-3）。【1】圖1-2 圖1-3本文以其八大系統(tǒng)為主線，著重探討了曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)中涉及到的機(jī)械原理相關(guān)知識(shí)。2.電梯具體部分機(jī)械原理簡(jiǎn)析2.1電梯的曳引系統(tǒng)電梯曳引機(jī)（外觀如圖2.1-1 原理圖如圖2.1-2）是電梯的動(dòng)力設(shè)備，又稱電梯主機(jī)。功能是輸送與傳遞

3、動(dòng)力使電梯運(yùn)行。圖2.1-1圖2.1-2其具體工作原理是：安裝在機(jī)房的電動(dòng)機(jī)與減速箱、制動(dòng)器等組成曳引機(jī)，是曳引驅(qū)曳引機(jī)動(dòng)的動(dòng)力。轎廂與對(duì)重裝置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是靠曳引繩和曳引輪間的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種力就叫曳引力或驅(qū)動(dòng)力。曳引鋼絲繩通過(guò)曳引輪一端連接轎廂，一端連接對(duì)重裝置。為使井道中的轎廂與對(duì)重各自沿井道中導(dǎo)軌運(yùn)行而不相蹭，曳引機(jī)上放置一導(dǎo)向輪使二者分開。轎廂與對(duì)重裝置的重力使曳引鋼絲繩壓緊在曳引輪槽內(nèi)產(chǎn)生摩擦力，由于此摩擦力的存在，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)鋼絲繩，拖動(dòng)轎廂和對(duì)重裝置作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即轎廂上升，對(duì)重下降；對(duì)重上升，轎廂下降。于是，實(shí)現(xiàn)了轎廂在井道中沿導(dǎo)軌上、下往復(fù)運(yùn)行的過(guò)程，從而

4、使電梯執(zhí)行垂直運(yùn)送任務(wù)。曳引機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多種傳送比。設(shè)置在轎廂頂和對(duì)重架頂部的動(dòng)滑輪及設(shè)置在機(jī)房的定滑輪成為反繩輪，可根據(jù)需要使曳引繩以不同方式饒過(guò)反繩輪，從而得到不同的傳送比。具體比例及繞線方式如下：【2】圖2.1-3（假定記：曳引繩線速度為V1米/秒，轎廂升降速度V2米/秒,轎廂側(cè)曳引繩載荷力為T1，轎廂總重量為T2。）1:1傳動(dòng)方式：轎廂與對(duì)重均無(wú)反繩輪，曳引繩直接拖動(dòng)轎廂和對(duì)重。傳動(dòng)特點(diǎn)：V1=V2, T1=T2 （如圖2.1-3）圖2.1-42:1傳動(dòng)方式：轎頂和對(duì)重頂部均設(shè)有反繩輪。傳動(dòng)特點(diǎn)V1=2*V2, T1=1/2T。（如圖2.1-4）圖2.1-53:1傳動(dòng)方式：轎頂和對(duì)重頂部

5、均設(shè)有反繩輪和定滑輪。傳動(dòng)特點(diǎn)：V1=3*V2, T1=1/3T2（如圖2.1-5）除傳動(dòng)比之外，曳引繩在曳引輪上的包角也是曳引機(jī)的重要參數(shù)之一。包角是指曳引鋼絲繩經(jīng)過(guò)繩槽內(nèi)所接觸的弧度，包角越大摩擦力越大，即曳引力也隨之增大，提高了電梯的安全性。包角主要有兩種類型：半繞式傳動(dòng)（最大包角180度，如圖2.1-6）和全繞式傳動(dòng)（最大包角1+180度，如圖2.1-7） 圖2.1-6 圖2.1-7客梯一般采用1 :1半繞傳動(dòng)，速度高，載重量??；貨梯一般采用2 :1半繞傳動(dòng)，速度低，載重量大；高速梯一般采用1 :1全繞傳動(dòng)，速度高，載重量小。2.2電梯的導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)功能是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度

6、，起到減少其自由度的作用，使轎廂和對(duì)重只沿著各自的導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)，使兩者在運(yùn)行中平穩(wěn)，不會(huì)偏擺。導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌架、導(dǎo)軌和導(dǎo)靴組成。圖2.2-1導(dǎo)軌架：導(dǎo)軌架固定在電梯井道壁上，上面固定導(dǎo)軌，用扁鋼或角鋼制成。導(dǎo)軌：導(dǎo)軌是為電梯轎廂和對(duì)重提供導(dǎo)向的構(gòu)件，在井道中確定轎廂和對(duì)重的相互位置。最常用T型導(dǎo)軌，其具有良好的抗彎性能以及良好的可加工性能。導(dǎo)靴：導(dǎo)靴是引導(dǎo)轎廂和對(duì)重沿導(dǎo)軌運(yùn)行的裝置，固定在轎廂架和對(duì)重架上，運(yùn)行時(shí)導(dǎo)靴夾住導(dǎo)軌，保證轎廂和對(duì)重沿導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)?！?】導(dǎo)軌與導(dǎo)靴的配合如圖圖2.2-2 1導(dǎo)靴；2導(dǎo)軌；3轎架或?qū)χ丶埽?導(dǎo)靴凹凸槽；5導(dǎo)軌凸形工作面導(dǎo)靴按其功能特性不同分為固定滑動(dòng)導(dǎo)

7、靴、彈性滑動(dòng)導(dǎo)靴（如圖2.2-3）和滾動(dòng)導(dǎo)靴（如圖2.2-4）圖2.2-3 彈簧式滑動(dòng)導(dǎo)靴1靴頭；2彈簧；3尼龍靴襯；4靴座；5導(dǎo)軌；6靴軸；7調(diào)節(jié)套圖2.2-4 滾動(dòng)導(dǎo)靴(上為立面圖，下為俯視圖)【4】1滾輪；2彈簧；3搖臂；4靴座其中固定滑動(dòng)導(dǎo)靴有較高的強(qiáng)度和剛度，承載能力強(qiáng)。但由于固定滑動(dòng)導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間存在的間隙，運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng)和沖擊，因此適用于低速電梯。而彈簧式滑動(dòng)導(dǎo)靴與固定式滑動(dòng)導(dǎo)靴的不同之處就在于靴頭是浮動(dòng)的，在彈簧力的作用下，靴襯的底部始終壓貼在導(dǎo)軌端面上，因此能使轎廂保持較穩(wěn)定的水平裝置，同時(shí)在運(yùn)行中具有吸收振動(dòng)與沖擊的作用。需要注意的是，彈簧式彈性滑動(dòng)導(dǎo)靴的導(dǎo)靴頭只能

8、在彈簧的壓縮方向上作軸向浮動(dòng)，因此又稱單向彈性導(dǎo)靴。滾動(dòng)導(dǎo)靴以三個(gè)滾輪代替了滑動(dòng)導(dǎo)靴的三個(gè)工作面。三個(gè)滾輪在彈簧的作用下，壓貼在導(dǎo)軌三個(gè)工作面上，電梯運(yùn)行時(shí)，滾輪在導(dǎo)軌面上作滾動(dòng)。滾動(dòng)導(dǎo)靴以滾動(dòng)降擦代替廠滑動(dòng)摩擦，大大減少了摩擦損耗，節(jié)省了能量；同時(shí)還在導(dǎo)軌的三個(gè)工作面方向，都實(shí)現(xiàn)了彈性支承，從而對(duì)Fx及Fy力都具有良好的緩沖作用。其在高速電梯上有廣泛應(yīng)用。2.3電梯的其他組成部分轎廂：運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。門系統(tǒng)：其主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機(jī)，門鎖裝置組成。重量平衡系統(tǒng)：主要功能是相對(duì)平衡轎廂重量，在電梯工作

9、中能使轎廂與對(duì)重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動(dòng)正常。系統(tǒng)主要由對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置組成。電力拖動(dòng)系統(tǒng)：提供動(dòng)力，實(shí)行電梯速度控制。電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電動(dòng)機(jī)，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置等組成。電氣控制系統(tǒng)：對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。安全保護(hù)系統(tǒng)：保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由電梯限速器、安全鉗、夾繩器、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開關(guān)裝置組成?！?】3.電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景隨著科技的不斷進(jìn)步，電梯的技術(shù)水準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。許多新技術(shù)

10、和新產(chǎn)品的出現(xiàn)大大提高了電梯的使用性能，如無(wú)機(jī)房電梯、無(wú)齒輪曳引機(jī)、永磁同步拖動(dòng)技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等，為我們的生活帶來(lái)了極大便利。電梯速度越來(lái)越高，超高速電梯成為了未來(lái)電梯技術(shù)革新的主要關(guān)注點(diǎn)。21世紀(jì)將會(huì)發(fā)展多用途、全功能的塔式建筑，因而極大地催化了超高速電梯的研究進(jìn)程。其中，曳引式超高速電梯的研究繼續(xù)在采用超大容量電動(dòng)機(jī)、高性能的微處理器、減振技術(shù)、新式滾輪導(dǎo)靴和安全鉗、永磁同步電動(dòng)機(jī)、轎廂氣壓緩解和噪聲抑制系統(tǒng)等方面推進(jìn)?！?】采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯也有較大研究空間。未來(lái)超高速電梯舒適感會(huì)有明顯提高。經(jīng)過(guò)本文對(duì)電梯相關(guān)機(jī)械原理的簡(jiǎn)析，深刻理解了實(shí)際生產(chǎn)中精密機(jī)械制造原理理論知識(shí)的應(yīng)用，從而對(duì)書本知識(shí)有了更加靈活的掌控和把握。而通過(guò)對(duì)電梯行業(yè)發(fā)展前景的展望，我們也有理由相信，未來(lái)的電梯一定會(huì)更進(jìn)一步地為我們的生活提供更多的便捷?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】【1】 電梯電氣設(shè)計(jì)（M） 劉劍 中國(guó)電力出版社，2006【2】 電梯曳引機(jī)設(shè)